山东某有限公司以大蒜、元葱为原料,生产脱水大蒜粉(粒) 、元葱粉(粒) 、大蒜片、次品蒜米、白皮蒜等大蒜、元葱制品。排放的废水主要来自大蒜、元葱的漂洗、甩干及哄干过程中产生的废水。废水中的主要成分有糖类、蛋白质、大蒜素和少量果胶、蜡,以及生产过程中添加的柠檬酸、明矾、食盐等无机化合物,杀菌过程中的余氯。废水的特点是: ρ(BOD5 )Pρ(COD) = 014～015 ,可生化性好,但废水中的大蒜素、余氯对细菌具有杀灭作用,对生物处理产生影响。
经过多方调查和小试的基础上,最后选择水解酸化-多级接触氧化工艺为主体工艺,工程完工后,进行了3 个多月的调试运行。
1 废水水质、水量
废水水量Q = 500 m3Pd ,废水水质见表1。
表1 废水水质 mgPL
ρ(COD) ρ(BOD5) ρ(SS)
800～1 000 300～500 200～300
2 工艺流程及设计参数
211 工艺流程
废水处理工艺流程见图1。大蒜废水由生产车间排出后,采用自动旋转格栅去除较大悬浮物,保护后续构筑物和设备稳定运行。在调节池均衡水量、水质后由泵送入水解酸化池。水解酸化池主要作用是在厌氧环境下将大分子的蛋白质和多糖降解为小分子的氨基酸和羧酸,有利于其进一步被氧化。水解酸化池中设组合填料和搅拌装置,增加系统的微生物浓度和改善系统的传质速度。运行表明,水解酸化池主要起到两方面的作用:一是发挥了水解酸化的作用,使废水中难降解的有机物及其大分子物质生成易降解小分子物质;二是水解部分污泥,减少污泥的排放量。水解酸化池出水自流入多级生物接触氧化池,该工艺采用4 级串联方式。研究表明,生物接触氧化法
有利于世代较长的硝化细菌生长,其硝化性能优于活性污泥法。但是,在普通生物接触氧化反应器中,一些对环境和营养条件要求不同的细菌混杂生活在相同条件下,不能充分发挥各自对不同污染物的净化效能。
硝化细菌的比增长速率比有机物降解菌小数倍甚至数十倍,严重影响硝化性能的发挥。基于微生物生态学的原理,应用微生物生态调控技术,在生物接触氧化工艺中,对不同的微生物群落按其不同的环境要求进行适当功能分区,提供各自的营养及环境条件,是提高硝化速率的新思路[1] 。在串联运行的生物接触氧化池中,第一级池中的生物膜厚度和活性、优势菌种类和数量明显超过后三级,但原生动物和后生动物数量低于后者,从而使分区有不同的微生物组成,大大提高了处理效率。生物接触氧化池出水进入二沉池进行固液分离,出水达标排放。二沉池部分污泥排入水解酸化池,剩余污泥进入污泥储存池进行进一步硝化,硝化后污泥经箱式压滤机脱水后外运作肥料处理。
212 主要设计参数
1) 曝气调节池。用于调节水质水量,停留时间HRT = 8 h ,有效容积V = 180 m3 。钢筋混凝土池体,内做防腐,1 座。内设曝气软管及提升泵,提升泵为潜水泵,设2 台,1 用1 备。
2) 水解酸化池。对大蒜废水中某些高分子有机物和不溶性物质通过水解酸化,降解为小分子物质和可溶性物质,改善污水的可生化性,为后续好氧处理创造条件。水解酸化池,采用地上式混凝土结构,有效容积250 m3 , 水力停留时间12 h , 尺寸1010 m ×510 m×619 m。水解酸化池内安装组合填料,池内布曝气软管,采用进水搅拌,气水比5∶1 ,便于污水与兼氧微生物充分接触。有废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
3) 多级生物接触氧化池。利用好氧微生物的新陈代谢作用将污水中的有机污染物分解,达到污水净化目的。采用地上式混凝土结构,填料区有效容积375 m3 ,接触时间16 h。多级接触氧化池净尺寸为2010 m ×510 m ×419 m ,池内分4 格,其中每格都可以看作一个完全混合反应器,每格净尺寸为510 m ×510 m×419 m。生物接触氧化池内安装优质生化填料,作为好氧微生物的栖息地,池内布微孔曝气管网,采用氧利用率高、防堵塞的微孔曝气头供气,设计气水比15∶1。为好氧微生物的新陈代谢提供足够的氧气,同时搅拌污水,使污水与好氧微生物充分接触并冲击老化的生物膜,保证生物膜的活性。
4) 斜管沉淀池。生物接触氧化池的出水经底部穿孔的砖墙进入斜管沉淀池,沉淀后,沿池边经穿孔管均匀出水。其有效水深3 m , HRT = 3178 h ,表面负荷1106 m3P(h·m2 ) 。沉淀池的底部设3 条V 形污泥槽,使污泥均匀沉淀。沉淀后的污泥经斜管自动流入污泥池,一部分污泥用污泥泵排入水解酸化池,提高污泥浓度;其余污泥作为剩余污泥,经箱式压滤机处理后成泥饼,外运到填埋场。
3 水解酸化和生物接触氧化池启动与运行效果种泥取自某污水处理厂A 池和O 池中兼氧和好氧活性污泥,接种量为池容的10 %左右。调试初期,需将二沉池污泥回流至水解酸化池和生物接触氧化池,提高池中MLSS 浓度,弥补填料挂膜欠缺而造成的生物量不足,形成活性污泥和生物膜并存的系统。启动阶段进水ρ(COD) 控制在500 mgPL左右,进水量控制在50 m3Pd ,后逐渐增加,以镜检和COD 去除率达75 %以上作为增加进水量的依据,每周期增加进水量10 m3 ,在运行4 周后,镜检发现许多新生的菌胶团及豆形虫、钟虫等,生物接触氧化池填料上也附长有生物膜,稳定运行2 个月后,生物膜逐渐成熟,第1 格填料的生物膜量最大,厚度2～3 mm,覆盖整个填料表面,呈现絮状,2～4 格生物膜量较少,厚度1 mm 左右,但质地紧密。生物接触氧化池出水自流入二沉池,出水较清澈。2007 年8 月进水达到设计负荷,出水水质稳定,通过当地环保局的达标验收。水解酸化池和多级生物接触氧化池的进出水水质如表2、表3 所示。
4 工艺分析
水解酸化工艺将大分子的有机物降解为小分子物质,提高了废水的可生化性,为好氧处理创造条件。结合多级接触氧化工艺的特点可知,在连续运行的条件下,系统中存在种类繁多的微生物,能够保持微生物种群的平衡,形成合理的生态结构,构成了完整的食物链。本系统是生物膜和活性污泥共存的生态系统。大大提高了食物链和食物网的复杂性,提高微生物种类和生态系统的稳定性。沿着废水流向出现不同的优势微生物种群,第一级有机物浓度高,生物膜厚,主要由菌胶团组成;第二级有机物浓度有所降低,出现大量的丝状菌;第三级出现了部分原生动物,如鞭毛虫、游泳型纤毛虫等;第四级有机物浓度低,生物膜变薄,种类多,数量少,柄纤毛虫和轮虫占优势。这
与废水沿河流方向的自净作用相符。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
多级氧化工艺的理论目前还不完善,一般根据非稳态理论认为,非稳态条件对生物处理系统的影响应归结到对系统中微生物的影响,包括微生物活性、适应外界环境不断变化的能力、利用不同底物微生物的富集和固定化、具有特殊功能的微生物的形成等方面,而系统的处理效果很大程度上取决于这些因素。
研究表明,一段时间的“饥饿”状态并不会导致微生物活性的降低,反而会刺激微生物产生更多的与基质摄取相关的酶,从而在“饱食”状态下吸收即从水中去除数量更多、范围更广的污染物[2 ] 。最重要的是,本工艺结合了生物接触氧化和APO 的工艺的特点,既有反应空间的连续和间断性,又有反应时间连续性和间断性,形成了活性污泥与生物膜共存的状态。
5 结果与讨论
1) 针对大蒜废水较难处理的特点,采用水解酸化+ 生物接触氧化池工艺,经工程实践证明不仅是可行的,同时也为大蒜废水治理找到了一条新途径。
2) 接触氧化池运行稳定,不产生污泥膨胀,但在调试期间和运行初期,由于生物膜量不足,需进行污泥回流,才能保证出水水质稳定。
3) 多级接触氧化工艺中,各级废水浓度和底物性质存在差异,微生物形态和种类保持相对独立,可对利用不同底物的优势菌种进行富集培养。同时优质生化填料上的生物膜载体可以创造空间上的相互垂直的好氧、兼氧和厌氧环境,对不同性质的微生物起到固定化作用。
4) 本系统不存在污泥回流,各级接触氧化池内微生物种群保持相对独立。生物池的分级不但形成了空间上的不同处理环境,而且创造了连续时间上的不同处理环境。有利于多种微生物的生存,使不同处理工艺段根据基质不同存在不同优势菌群,减弱了菌种间的竞争,使处于食物链不同营养级的微生物在各段中不致被更高级的微生物所吞食,确保了种群数量保持在一个较高的水平,提高了微生物降解能力。
参考文献
[ 1 ] 李先宁,宋海亮. 反应区分区提高生物接触氧化硝化性能的研究[J ] . 中国环境科学,2006 ,26 (1) :62266.
[ 2 ] 王涛. 多级APO 废水处理工艺的理论研究[J ] . 环境科学与技术,2003 ,26 (4) :28233. 作者：高廷东
